CN114226462A - 一种不锈钢特厚板的晶粒度控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及316H不锈钢厚板晶粒度控制领域。一种不锈钢特厚板的晶粒度控制方法，坯料的材质为316H不锈钢板，坯料经过热轧制后形成厚度为30‑95mm的钢板，坯料为连铸坯时，轧制过程最小压缩比为6.7，坯料为锻坯时，轧制过程最小压缩比为5，坯料轧制过程中主要道次的变形量不小于15%，终轧温度1000‑1050℃。固溶热处理后力学性能等满足技术要求而且晶粒度保持不变的方式。
Description
技术领域
本发明涉及316H不锈钢厚板晶粒度控制领域。
背景技术
在一些特殊领域，如核电站建设方面，由于核电站服役安全性的要求，对钢板全厚度的组织均匀性和性能稳定性提出了高要求。新一代核电技术高温部件用316H不锈钢板要求30~95mm所有厚度钢板的全截面晶粒度均控制在4~6级范围内。按照常规热轧和固溶工艺生产该钢板，晶粒度合格率在20%以下，典型晶粒度为2~7级，不合格情况主要有表面粗晶、分层混晶、少量超大晶粒等几种现象。
经分析，分层混晶主要出现在连铸坯工艺、厚度35mm以下的钢板中，是因为轧制变形比和温度控制不当，轧制态组织呈现为包括再结晶组织和未再结晶组织的分层混合组织，固溶处理后再结晶组织仍为细小的晶粒，而未再结晶组织则成为粗大的晶粒；表面粗晶主要出现在厚度35mm及以上厚度钢板中，在该厚度钢板的热轧态组织为完全再结晶、钢板表面晶粒细于6级、心部晶粒5级的均匀组织的情况下，需要通过固溶工艺长大表面晶粒。但由于奥氏体不锈钢的晶粒长大形式为非正常长大和钢板表面细晶部分优先长大的原因，在固溶热处理时钢板表面的晶粒优先长大、而且是直接跨长大到粗于4级，造成表面晶粒明显粗于未发生晶粒长大区域的晶粒度。少量超大晶粒现象则会出现在20mm及以上厚度钢板上，是由于轧制工艺不当，造成少数坯料原始组织未得到充分“破碎”遗留下来的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：如何解决30~95mm的316H不锈钢厚板晶粒度控制难的问题。
本发明所要解决的技术问题是：一种不锈钢特厚板的晶粒度控制方法，坯料的材质为316H不锈钢板，坯料经过热轧制后形成厚度为30-95mm的钢板，坯料为连铸坯时，轧制过程最小压缩比为6.7，坯料为锻坯时，轧制过程最小压缩比为5，坯料轧制过程中主要道次的变形量不小于15%，终轧温度1000-1050℃。
轧制完成后进行固溶，固溶温度1050-1060℃，固溶处理时间为0.3-0.5min/mm，且固溶处理时间小于等于30分钟。
本发明的有益效果是：本发明针对厚度30~95mm的不锈钢厚板、特厚板，开发了“大压缩比+大单道变形量+高终轧温度+匹配固溶处理”的工业化生产工艺，即通过控制轧制参数获得4~6级的均匀热轧态晶粒，固溶热处理后力学性能等满足技术要求而且晶粒度保持不变的方式。
附图说明
图1是316H不锈钢板晶粒度不合格形貌金相图，其中a为分层混晶，b为少量超大晶粒；
图2是实施例连铸坯坯料金相图；
图3是实施例锻坯坯料金相图；
图4是实施例对连铸坯热轧后的金相图；
图5是采用与图4同样的方法对锻坯热轧后的金相图；
图6是不合格轧制方法轧制后存在混晶的钢板，其中，a热轧完成后的金相图；b是经过1050℃固溶温度固溶40min后的金相图，c是经过1050℃固溶温度固溶80min后的金相图；
图7是采用本发明轧制方法轧制后形成晶粒均匀的钢板，其中，a热轧完成后的金相图；b是经过1050℃固溶温度固溶40min后的金相图，c是经过1050℃固溶温度固溶80min后的金相图；
图8是固溶后表面晶粒粗大的金相图片；
图9是采用本发明方法后的钢板金相图，其中，a为表面金相图，b为内部组织金相图。
具体实施方式
本发明主要解决厚度30-90mm316H不锈钢厚、特厚板的晶粒度控制问题。
本发明的宗旨是通过对坯料类型、轧制变形总量、单道次变形量、终轧温度及钢板固溶温度与时间的控制，解决了热轧态组织中少量超大晶粒以及不能通过固溶处理解决晶粒度及其均匀性的问题，实现30-90mm厚板、特厚钢板全厚度方向晶粒度4~6级的稳定、准确控制。
在钢板生产中，由于连铸坯高效率和低成本的优势，一般是采用连铸坯，只有在轧制总变形量和单重不够时，才会采用锻坯。
1、坯料原始状态对钢板晶粒度的影响
选取200mm厚度的316不锈钢连铸坯和同厚度的经过锻造的连铸坯进行相同加热温度、相同压缩比的热轧试验，轧制钢板厚度为50mm。两种钢坯原始组织如图2、图3所示，钢板的热轧态金相组织见图4、图5。
从试验结果来看，相比连铸坯发达的柱状晶，锻造坯的锻后等轴晶粒对于获得均匀的钢板组织十分有利。
2、压缩比对钢板晶粒度的影响
为了确定压缩比对钢板晶粒度的影响，设计进行了235mm厚度连铸坯轧制不同厚度钢板的中试和大生产热轧试验，试验内容见表1。
表1压缩比对235mm连铸坯热轧钢板影响试验内容及结果
连铸坯通过相同的加热制度和轧制工艺，以不同压缩比分别进行轧制不同厚度厚钢板试验结果说明，大的压缩比对获得均匀的轧制态晶粒组织有利。试验结果表明，在轧机极限能力的情况下，为了提高工艺的适应性、保证钢板合格率，将235mm厚度连铸坯可轧制满足要求钢板的最大厚度规定为35mm，也就是说最小压缩比约为6.7，厚度30mm以及以上厚度钢板需采用钢锭工艺生产。
由于锻坯的锻后等轴晶粒对于获得均匀的钢板组织十分有利，通过采用锻坯热轧最大厚度95mm厚度钢板试验，确定了满足工艺要求的最小坯厚为钢板厚度的5倍，也就是说压缩比最小为5。从技术要求出发，压缩比越大越好，但受生产条件的限制，不可能实现无限制压缩，因此不需要考虑最大压缩抢矿，还需根据坯料类型、轧机能力以及生产效率、经济效益等各方面条件择优确定。
3、道次压下率对钢板晶粒度的影响
为了确定道次压下率对钢板晶粒度的影响，设计进行了200mm厚度连铸坯以不同道次压下率轧制同厚度钢板的中试和大生产热轧试验，试验内容见表2。
表2 道次压下率对200mm连铸坯热轧钢板影响试验
连铸坯通过相同的加热制度和轧制工艺，以不同道次压下率分别轧制同厚度厚钢板试验结果说明，在压缩比一定的前提下，大的单道次变形量对得到均匀的热轧态组织有利。但受轧机能力、坯料厚度、钢板宽度、轧制温度等各方面的影响比较大，能够保证主要轧制道次的道次压下率不低于15%已属不易。
4、轧制温度对轧后晶粒尺寸及其均匀性的影响
为了确定轧制温度对钢板晶粒度的影响，进行了不同厚度锻造坯以不同加热温度轧制40mm、45mm厚度钢板的大生产热轧试验，试验内容见表3。轧制钢板的金相组织照片分别见图6和图7。
通过表3可以看出，终轧温度在1000~1050℃时，可获得再结晶程度最高的轧制态组织，利于后续通过热处理获得均匀的交货态组织。终轧温度低于这个范围，则获得带状组织比例较高的不佳轧制态组织；如终轧温度高于这个温度范围，则轧制态晶粒过于粗大，将不能通过后续通过热处理获得合格的交货态组织。
5、固溶处理对晶粒度的影响
根据试验结果，随着固溶处理温度的升高，钢板表层晶粒开始长大的时间越来越短。为避免表面晶粒长大超过4级，在钢板规定热处理温度为1050~1150℃的情况下，选择最低1050~1060℃的固溶温度的热处理作为保证钢板晶粒度的固溶热处理制度是必要的。如固溶温度为1070℃时，工艺时间下钢板表面已出现粗大晶粒，不能满足钢板技术要求，如图9所示。
本发明采用钢锭锻造或连铸坯作为钢板轧制坯料，通过控制热轧和热处理制度，得到晶粒大小及其均匀性满足新一代核电技术要求的316H不锈钢厚板、特厚板。
（1）为得到均匀的热轧态组织，200mm厚连铸坯轧制满足晶粒度要求钢板的最小压缩比为6.7，锻造板坯则为5；
（2）轧制过程中保证主要道次的变形量大于等于15%小于等于22.3%；
（3）钢板终轧温度1000~1050℃；
（4）钢板固溶温度1050~1060℃，固溶处理时间按0.3~0.5min/mm计且不大于30min。
以轧制成品规格：65mm(厚)×3000mm(宽)×7000mm(长)的316H钢板并进行热处理生产，钢板成分如下：C 0.04、Si 0.45、Mn 1.58、P 0.0015、S 0.001、Cr 17.88、Ni 11.78、Mo 2.5、N 0.048。
表4具体轧制过程变现率设置
实施的步骤依次如下：
将符合成分及单重要求的316H电渣锭进行板坯锻造，锻造后的板坯
厚度为350mm，此时轧制压缩比约为5。
锻造坯在加热炉内以50℃/h的速度进行加热，到达预期温度1200℃
后，保温120min出炉轧制。
按照表4的压下量进行轧制，钢板出炉后抢温快轧，达到目标终轧
温度1050℃；
钢板入热处理炉以50℃/h的速度进行加热，到达预期温度1060℃后，
保温30min后出炉，快速冷却；
钢板酸洗交库。
钢板热轧态试样如图9所示，钢板表面和中心晶粒度分别为5级和4级，
固溶后晶粒度级别未发生改变。
Claims (2)
1.一种不锈钢特厚板的晶粒度控制方法，其特征在于：坯料的材质为316H不锈钢板，坯料经过热轧制后形成厚度为30-95mm的钢板，坯料为连铸坯时，轧制过程最小压缩比为6.7，坯料为锻坯时，轧制过程最小压缩比为5，坯料轧制过程中主要道次的变形量不小于15%，终轧温度1000-1050℃。
2.根据权利要求1所述的一种不锈钢特厚板的晶粒度控制方法，其特征在于：轧制完成后进行固溶，固溶温度1050-1060℃，固溶处理时间为0.3-0.5min/mm，且固溶处理时间小于等于30分钟。
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